CN1855570B - 半导体装置以及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是在保持传导载流子的沟道的有机半导体和栅极绝缘体层的界面的平坦性并且不降低成品率的情况下，形成具有结晶性高的有机半导体的有机晶体管。本发明的特征是将有机半导体层形成为叠层结构，至少上层的有机半导体层具有多晶状态或单晶状态，下层的有机半导体层由起到沟道作用的材料来构成。通过提供结晶性高的上层的有机半导体层，可以提高载流子迁移率，并且通过提供下层的有机半导体层，可以补充起因于该上层的有机半导体层的不充分的接触。

Description

半导体装置以及其制造方法
技术领域
本发明涉及使用有机半导体的半导体装置以及其制造方法。
背景技术
近年来，对使用有机半导体的有机晶体管展开了积极的研究。由于通过利用有机半导体的特征容易形成薄膜，使在轻量且具有柔性的柔性衬底诸如是塑料衬底、薄膜衬底或纸张等上形成有机半导体装置被期待。另外，因为形成沟道的有机半导体材料非常廉价、其形成膜时的温度低、可以适用不用真空室的步骤诸如喷墨法、印刷法或压印(stamp)法等，所以有望大幅度地降低使用有机晶体管的一般半导体装置的制造成本。
有机晶体管由玻璃衬底、栅极、栅极绝缘体层、源极、漏极以及有机半导体层构成。源极和漏极提供在有机半导体层的下面的结构称作底部接触孔型结构，而源极和漏极提供在有机半导体层的上面的结构称作顶部接触孔型结构。
采用顶部接触型结构可以使有机晶体管的载流子迁移率更大。然而，该结构难以使用光刻等的步骤以便微细地加工图形等，为了进行微细加工，就有可能限定于底部接触型结构，该底部接触型结构在形成源极、漏极后形成有机半导体层。因此，有机晶体管的结构必须要根据其优点和缺点而适用。
一般知道有机晶体管的载流子迁移率在很大程度上依赖于有机半导体的形态(非晶、多晶、单晶等的状态)。尤其是，使用有机半导体层的单晶的有机晶体管显示出高载流子迁移率，具有与非晶硅同样程度的载流子迁移率。获得有机物的良好单晶的方法可以举出液相成长法或气相传输法等。
为了积极地将单晶用于有机晶体管来改善各种特性，选择性地涂敷使单晶成长的位置的技术是必须的。该独立涂敷单晶的典型方法是改变衬底部分的润湿性而选择性地使单晶成长。
作为利用有机半导体层的单晶的例子，提出了如下结构：在栅极绝缘体层的表面上提供分散地形成有表面能源低的岛状凸起部分的岛状凸起部分层以提供控制并五苯蒸发淀积膜的结晶状态，并且以低电压驱动具有高载流子迁移率的有机半导体元件(例如，参照专利文献1)。
另外，还提出了具有如下结构的有机晶体管；将纯水对于栅极绝缘体层表面的接触角限定于50至120°(包括50°和120°)，并且在栅极绝缘体层的表面上形成氟聚合物层(例如参照专利文献2)。
[专利文献1]专利申请公开2004-23021号公报
[专利文献2]专利申请公开2001-94107号公报
如按上述专利文件1那样形成有机半导体层的单晶，则传导载流子的沟道的有机半导体层和栅极绝缘体层的界面失去平坦性，所以很难说充分应用了有机半导体的单晶所具有的载流子迁移率。
另外，在上述专利文献2中，在不能使有机半导体层的单晶成长于整个沟道的情况下，其成品率降低。
发明内容
因此，本发明的目的是将有机半导体层的单晶或结晶性高的膜有效地适用于有机晶体管。
鉴于上述问题，本发明的半导体装置的要点在于使有机半导体层为层叠结构，至少上层的有机半导体层具有多晶状态或单晶状态，下层的有机半导体层由起到沟道作用的材料来构成。在此情况下，多晶中一个晶粒的尺寸小于单晶的晶粒的尺寸。下层的有机半导体层的要点是具有与上层的有机半导体层相同或更低的结晶性。通过提供结晶性高的上层的有机半导体层可以提高载流子迁移率。此外，即使在该上层的有机半导体层在与衬底平行方向上的结晶相对于沟道面积没有充分地成长的情况下，由于下层的有机半导体层接触到源极以及漏极，因此也可以补充不充分的接触。
作为结晶性高的有机半导体层的例子可以举出单晶状态的有机半导体层。这样的结晶性高的有机半导体层在因结晶条件或结晶状态而使在与衬底平行方向上的结晶相对于沟道面积没有充分地成长的情况等下，有可能该单晶和源极以及漏极或栅极绝缘体层的物理性接触不够充分。然而，即使在此情况下，由于提供于下层的有机半导体层接触到源极以及漏极或栅极绝缘体层，所以可以补充不充分的接触，从而可以用作沟道。
具体来说，为了提高有机半导体的载流子迁移率，有机半导体层的单晶用于层叠的有机半导体层的上层，由多晶构成的有机半导体用于有机半导体层的下层。当然，下层的有机半导体层优选具有与上层的有机半导体层的结晶状态同样程度的状态，这是因为这样可以进一步降低载流子迁移率的电阻。此外，在本发明中，可以使用由非晶构成的有机半导体层用作下层的有机半导体层，因为非晶也可以发挥补充单晶不充分地接触到源极以及漏极的效果。
在本发明的另一个结构中，可以使用由多晶构成的有机半导体层作为上层的有机半导体层，而将由非晶构成的有机半导体层用作下层的有机半导体层。当然，下层的有机半导体层优选具有与上层的有机半导体层的结晶状态同样程度的状态，这是因为这样可以进一步降低载流子迁移率的电阻。
也就是说，下层的有机半导体层的材料只要结晶性比上层的有机半导体层低、且起到沟道作用即可。
由单晶构成的有机半导体层的淀积方法可以使用气相传输法。并且可以沿选择性地形成的下层有机半导体层选择性地形成由单晶构成的有机半导体层。也就是说，通过提供下层的有机半导体层可以在沟道之间选择性地使单晶成长。
具体来说，本发明的一种半导体装置，包括：栅极、中间夹栅极绝缘体层设置于栅极上的第一有机半导体层、接触地设置于第一有机半导体层上的第二有机半导体层，所述第二有机半导体层具有比第一有机半导体层更高的结晶性。
本发明的其他半导体装置，包括：栅极、中间夹栅极绝缘体层设置于栅极上的第一有机半导体层、接触地设置于第一有机半导体层上的第二有机半导体层，所述第二有机半导体层具有比第一有机半导体层更大的晶粒。
本发明的其他半导体装置，包括：栅极、中间夹栅极绝缘体层设置于栅极上的第一有机半导体层、接触地设置于第一有机半导体层上的第二有机半导体层，所述第一有机半导体层具有多晶或非晶，所述第二有机半导体层具有单晶。
本发明的其他半导体装置，包括：栅极、中间夹栅极绝缘体层设置于栅极上的第一有机半导体层、接触地设置于第一有机半导体层上的第二有机半导体层，所述第一有机半导体层具有非晶，所述第二有机半导体层具有多晶。
本发明的其他半导体装置，包括：栅极、中间夹栅极绝缘体层设置于栅极上的第一有机半导体层、接触地设置于第一有机半导体层上的第二有机半导体层，所述第一有机半导体层具有单晶，第二有机半导体层具有由不同于第一有机半导体层的材料构成的单晶。
以下具体地说明本发明的半导体装置的制造方法。
本发明的半导体装置的制造方法如下：在衬底上形成栅极和栅极绝缘体层，中间夹栅极绝缘体层在栅极上形成第一有机半导体层，和第一有机半导体层接触地形成第二有机半导体层，并且该第二有机半导体层形成为其晶粒大于第一有机半导体层的晶粒。
本发明的半导体装置的其他制造方法如下：在衬底上形成栅极和栅极绝缘体层，中间夹栅极绝缘体层在栅极上形成第一有机半导体层，和第一有机半导体层接触地形成第二有机半导体层，并且该第二有机半导体层形成为其结晶性高于第一有机半导体层的结晶性。
本发明的半导体装置的其他制造方法如下：在衬底上形成栅极和栅极绝缘体层，中间夹栅极绝缘体层在栅极上形成第一有机半导体层，和第一有机半导体层接触地形成第二有机半导体层，将所述第一有机半导体层形成为多晶或非晶，并且将所述第二有机半导体层形成为单晶。
本发明的半导体装置的其他制造方法如下：在衬底上形成栅极和栅极绝缘体层，中间夹栅极绝缘体层在栅极上形成第一有机半导体层，和第一有机半导体层接触地形成第二有机半导体层，将所述第一有机半导体层形成为非晶，并将所述第二有机半导体层形成为多晶。
根据本发明，可以高效率地、选择性地形成有机半导体层的单晶。并且，可以将该单晶用作沟道形成区域，结果可以提高载流子迁移率。
另外，即使在有机半导体层的单晶在平行于衬底表面的方向上的成长相对于沟道面积不充分的情况下，根据本发明预先形成的有机半导体的薄膜，可以在第二有机半导体层没有充分形成的情况下，使该有机半导体的薄膜起到补充不充分的结晶成长的沟道的作用。结果，可以防止由有机半导体层的单晶的不充分的成长引起的不完善的沟道的形成，并且可以高成品率地提供具有高载流子迁移率的有机晶体管。
另外，通过设置有机半导体层，可以改善有机半导体层的单晶(或者高结晶性的有机半导体层)和栅极绝缘体层的紧密性，并且可以降低有机晶体管的截止电流。此外，有机半导体层改善了有机半导体层的单晶(或者高结晶性的有机半导体层)和源极以及漏极的接触，结果可以降低载流子的注入屏障，增大导通电流，降低阈值电压的变化。
进一步地，本发明由于选择性地使单晶成长，所以可以降低有机半导体材料的浪费。另外，本发明的有机晶体管的工作稳定，因而可以提供一种寿命长且制造方法简便的有机晶体管。
附图说明
图1A至1C是描述本发明的有机晶体管的制造步骤以及截面图的附图；
图2A至2C是描述本发明的有机晶体管的制造步骤以及截面图的附图；
图3是描述本发明的显示元件衬底的截面图；
图4是描述本发明的有机半导体装置的截面图；
图5是描述本发明的显示装置的截面图；
图6A和6B是描述本发明的有机晶体管的单晶的成长位置的选择性的附图；
图7是描述本发明的有机晶体管的晶体管特性的附图；
图8A至8D是描述安装有本发明的有机晶体管的电子器具的附图；
图9A和9B是描述本发明的有机晶体管的截面图。
选择图为图1A至1C。
具体实施方式
下面描述本发明的一种形式的例子。注意，本发明可以以多种不同形式被执行，在不脱离本发明的宗旨及范围的情况下各种变化和修改都是可能的，这对于所属领域的普通人员来说是显而易见的。因此，本发明不限于本实施方式的内容。
实施方式1
参照图1A至1C描述本发明的有机晶体管和其制造方法的一个例子。
在衬底101上形成栅极102。作为栅极102的形成方法，可以通过光刻法将淀积的导电层加工为所希望的形状，或者通过喷墨法等喷射含有导电物的液滴来形成栅极102。注意，本发明的栅极102的形成方法不局限于此。用于形成栅极102的材料可以使用例如铝、铜、金、银等。注意，用于形成本发明的栅极102的材料不局限于此，只要是具有导电性的材料即可。此外，衬底101可以使用由玻璃、石英等形成的衬底，或者由塑料、聚碳酸酯等形成的柔性衬底。注意，用于本发明的衬底不局限于此。此外，由于有机晶体管不需要高温度处理，因此可以使用由塑料、聚碳酸酯等形成的柔性衬底，从而可以实现半导体装置的轻量化和薄型化，并且可以提高其柔软性。
接着，覆盖栅极102地形成栅极绝缘体层103。作为形成栅极绝缘体层103的方法，例如可以通过CVD方法等淀积氧化硅或氮化硅等的绝缘物，或者可以通过阳极氧化方法氧化栅极的表面来形成栅极绝缘体层103。此外，可以使用浇铸(cast)方法、旋转方法、印刷方法、喷墨方法等涂敷聚酰亚胺、聚醯胺酸(polyamic acid)或聚乙烯苯酚等的有机物来形成栅极绝缘体层103。注意，本发明的栅极绝缘体层不局限于此。
接着，在栅极绝缘体层103上形成源极104和漏极105来制作有机晶体管形成区域106(图1A)。形成源极104和漏极105的材料除了无机导电物例如金、银、钨之外，还可以使用含有聚(乙烯二氧基噻吩)/聚(苯乙烯磺酸)混合物(PEDOT/PSS)等的有机导电物等。注意，本发明的源极和漏极的材料不局限于此。另外，源极104和漏极105可以通过将使用溅射装置或蒸发淀积装置等的淀积装置形成的导电层加工为所希望的形状来形成，或者也可以通过喷墨法等喷射含有导电物的液滴来形成。注意，本发明的源极和漏极的形成方法不局限于此。
在有机晶体管形成区域106中形成有机半导体层的单晶的区域上形成有机半导体层107。至少在源极和漏极之间形成有机半导体层107。提供有机半导体层107的结果是可以在其上高效率地形成有机半导体层的单晶，还可以在该区域单晶成长。
当如上所述地为了提高有机晶体管的载流子迁移率而形成有机半导体层的单晶时，因结晶条件或晶粒的形状等的结晶状态而使结晶在平行于衬底的方向上相对于沟道面积的成长不充分的情况下，有可能结晶不能形成于整个沟道面积，从而与源极以及漏极或栅极绝缘体层的物理性接触不充分。所以，本发明的特征是由有机半导体层107与源极以及漏极或栅极绝缘体层接触而补充不充分的接触，并且使该有机半导体层起到沟道作用。因此，有机半导体层107的材料只要是起到沟道作用的材料就可以。这样的有机半导体层107形成为2至10nm(包括2nm和10nm)的厚度。
例如，有机半导体层107的材料可以使用诸如酞菁(H2Pc)、酞菁铜(CuPc)、酞菁氧钛(TiOPc)以及酞菁氧钒(VoPc)等的酞菁类材料；诸如蒽、并四苯(tetracene)和并五苯等的并苯类材料；诸如六噻吩(sexithiophene；α-6T)和四噻吩(quarterthiophene；α-4T)等的噻吩低聚物类材料；诸如富勒烯(C60)或二苯嵌苯等的其他材料。在此，优选使用具有高载流子迁移率的有机半导体诸如蒽、并四苯(tetracene)和并五苯等。这些具有高载流子迁移率的有机半导体诸如蒽、并四苯(tetracene)和并五苯等可以在之后形成有机半导体层的单晶。如此，有机半导体层107从紧密性、制造步骤的观点来看，优选使用与之后形成的有机半导体层的单晶同样的材料形成。
但是，本发明的有机半导体层107的材料不局限于此，还可以使用芳香胺基化合物等的有机化合物，例如4，4’-双[N-(1-萘基)-N-苯胺]联苯(α-NPD)、4，4’-双[N-(3-甲基苯基)-N-苯胺]-联苯(TPD)、4，4’，4”-三(N，N-二苯胺)-三苯胺(TDATA)、4，4’，4”-三[N-(3-甲基苯基)-N-苯胺]-三苯胺(MTDATA)、或4，4’-双[N-{4-(N，N-二-m-三氨基)苯基}-N-苯胺]-联苯(DNTPD)等。
这样的有机半导体层107可以使用蒸发淀积法、喷墨法、印刷法、或压印法等来形成。此外，在使用蒸发淀积法等的情况下，可以使用掩模选择性地形成有机半导体层107。注意，本发明的有机半导体层的制造方法不局限于此。
若是使用具有与之后要形成的有机半导体层的单晶相同程度的结晶状态的有机半导体来形成有机半导体层107，则可以产生本发明的效果。例如，在作为之后要形成的有机半导体使用有机半导体层的单晶的情况下，可以将结晶性高诸如单晶状态或多晶状态等的有机半导体层用于有机半导体层107。此外，在形成有机半导体层的多晶的情况下，可以使用具有多晶状态的有机半导体层形成有机半导体层107。
接着，在有机半导体层107上形成作为结晶性高的有机半导体层的有机半导体层的单晶108，以形成有机晶体管109(图1B)。因为预先淀积了有机半导体层107，所以可以选择性地、高效率地形成有机半导体层的单晶108，并且可以使结晶成长。从而，可以将该单晶用作沟道形成区域，并且可以提高载流子迁移率。另外，可以将预先形成的有机半导体层107用作单晶的核。
另外，有机半导体层的单晶108可以使用诸如酞菁(H2Pc)、酞菁铜(CuPc)、酞菁氧钛(TiOPc)以及酞菁氧钒(VoPc)等的酞菁类材料；诸如蒽、并四苯(tetracene)和并五苯等的并苯类材料；诸如六噻吩(sexithiophene；α-6T)和四噻吩(quarterthiophene；α-4T)等的噻吩低聚物材料；诸如富勒烯(C60)或二萘嵌苯等的其他材料，通过有机分子束外延(OMBE：Organic Molecular Beam Epitaxy)方法、热壁外延(HWE：Hot Wall Epitaxy)方法、物理气相传输(PVT：Physical Vapor Transport)方法等的气相传输方法来形成。
如此，上层的有机半导体层的特征是与下层的有机半导体层相比其结晶性更高。结晶性高换言之意味着晶粒尺寸大。结晶性高的有机半导体层可以提高载流子迁移率，并且可以通过下层的有机半导体层接触于源极以及漏极或绝缘层来补充该有机半导体层与源极以及漏极或栅极绝缘体层的不充分接触。
注意，在有机晶体管中，大部分载流子流动于有机半导体层的栅极绝缘体层一侧。因此，依据为补充不充分的接触而提供的有机半导体层107的厚度，有可能电阻低的单晶和载流子容易流过的区域之间的距离变长，而使载流子不能高效率地流到单晶一侧。因此，有机半导体层107的厚度优选为2(包括2)至10(包括10)nm。
此外，当在衬底101上包括复数个有机晶体管109的情况下，也可以通过同样的步骤形成有机半导体装置110(图1C)。
根据以上步骤制造的本发明的有机晶体管109由于预先淀积了有机半导体层107，所以可以选择性地形成有机半导体层的单晶108，之后使结晶成长。从而可以将该单晶用作沟道形成区域，并且可以提高载流子迁移率。
另外，如只有有机半导体层的单晶108，则有可能结晶在平行于衬底的方向上相对于沟道面积不能充分地成长。在此情况下，形成于有机半导体层的单晶108下方的有机半导体层107由于接触于源极以及漏极或栅极绝缘体层而起到沟道作用，所以可以提高成品率。
此外，通过提供有机半导体层107，可以改善有机半导体层的单晶108和栅极绝缘体层103的紧密性。结果，可以降低有机晶体管109的截止电流。此外，通过提供有机半导体层107，可以改善有机半导体层的单晶108和源极104以及漏极105的接触。结果，可以降低载流子的注入屏障而增大导通电流，并且可以降低阈值电压的变化。在本实施方式中，对于底部栅极型有机晶体管进行了说明，但是本发明也可以适用于顶部栅极型有机晶体管。下面参照图9A描述本实施方式的顶部栅极型有机晶体管908以及其制造方法。首先，通过公知方法在衬底901上形成源极902以及漏极903。接着，通过蒸发淀积法、喷墨法、印刷法、压印法等在源极902以及漏极903上形成第一有机半导体层904。接着，通过OMBE方法、HWE方法、PVT方法等的气相传输法在第一有机半导体层904上形成第二有机半导体层905。然后，通过公知方法在第二有机半导体层905上中间夹栅极绝缘体层906形成栅极907。
实施方式2
参照图2A至2C描述本发明的有机晶体管和其制造方法的一个例子。
在衬底201上形成栅极202。作为形成栅极202的方法，可以通过光刻法将淀积的导电层加工为所希望的形状，或者通过喷墨法等喷射含有导电物的液滴来形成栅极202。但是，本发明的栅极202的形成方法不局限于此。用于形成栅极202的材料可以使用例如铝、铜、金、银等。但是，用于形成本发明的栅极202的材料不局限于此。此外，衬底201可以使用由玻璃、石英等形成的衬底，或者由塑料、聚碳酸酯等形成的柔性衬底。但是，本发明的衬底不局限于此。此外，由于有机晶体管不需要600℃或更高的高温度处理，因此，可以使用塑料、聚碳酸酯等的柔性衬底，从而可以实现半导体装置的轻量化和薄型化，并且可以提高其柔软性。
接着，覆盖栅极202地形成栅极绝缘体层203。作为形成栅极绝缘体层203的方法，例如可以通过CVD方法等淀积诸如氧化硅或氮化硅等的绝缘物，或者可以通过阳极氧化方法氧化栅极的表面来形成栅极绝缘体层203。但是，本发明的栅极绝缘体层的形成方法不局限于此。此外，可以使用浇铸方法、旋转方法、印刷方法、喷墨方法等通过涂敷例如聚酰亚胺、聚醯胺酸(polyamic acid)或聚乙烯苯酚等的有机物来形成栅极绝缘体层203。如此，制作有机晶体管形成区域204(图2A)。
接着，如图2B所示那样，在有机晶体管形成区域204上的形成有机半导体层的单晶的区域上形成有机半导体层205。至少在源极和漏极之间形成有机半导体层205。提供有机半导体层205可以在其上高效率地形成有机半导体层的单晶，还可以在该区域使单晶成长。
当如此这样为了提高有机晶体管的载流子迁移率而形成有机半导体层的单晶时，根据结晶条件或晶粒的形状等的结晶状态，在不能使结晶在平行于衬底的方向上相对于沟道面积充分地成长等的情况下，有可能使与源极以及漏极或栅极绝缘体层的物理性接触不充分。于是，本发明的特征是由有机半导体层205补充与源极以及漏极的接触，并且使有机半导体层205起到沟道作用。因此，有机半导体层205的材料只要是起到沟道作用的材料就可以。这样的有机半导体层205形成为2至10nm(包括2nm和10nm)的厚度。
例如，有机半导体层205的材料可以使用诸如酞菁(H2Pc)、酞菁铜(CuPc)、酞菁氧钛(TiOPc)以及酞菁氧钒(VoPc)等的酞菁类材料；诸如蒽、并四苯(tetracene)、并五苯等的并苯类材料；诸如六噻吩(sexithiophene；α-6T)和四噻吩(quarterthiophene；α-4T)等的噻吩低聚物类材料；诸如富勒烯(C60)或二萘嵌苯等的其他材料。在此，优选使用具有高载流子迁移率的有机半导体诸如蒽、并四苯(tetracene)和并五苯等。这些具有高载流子迁移率的有机半导体诸如蒽、并四苯(tetracene)和并五苯等可以在之后形成有机半导体层的单晶。如此，有机半导体层205从紧密性、制造步骤的观点来看，优选使用与之后要形成的有机半导体层的单晶同样的材料形成。
但是，本发明的有机半导体层205的材料不局限于此，还可以使用芳香胺基化合物等的有机化合物，例如4，4’-双[N-(1-萘基)-N-苯胺]联苯(α-NPD)、4，4’-双[N-(3-甲基苯基)-N-苯胺]-联苯(TPD)、4，4’，4”-三(N，N-二苯胺)-三苯胺(TDATA)、或4，4’，4”-三[N-(3-甲基苯基)-N-苯胺]-三苯胺(MTDATA)、4，4’-双[N-{4-(N，N-二-m-三氨基)苯基}-N-苯胺]-联苯(DNTPD)等。
这样的有机半导体层205可以使用蒸发淀积法、喷墨法、印刷法、或压印法等来形成。此外，在使用蒸发淀积法等的情况下，可以使用掩模选择性地形成有机半导体层205。注意，本发明的有机半导体层的制造方法不局限于此。
若是使用具有与之后要形成的有机半导体层的单晶相同程度的结晶状态的有机半导体层来形成有机半导体层205，则可以产生本发明的效果。例如，在作为之后要形成的有机半导体层使用有机半导体层的单晶的情况下，可以将结晶性高诸如单晶状态或多晶状态等的有机半导体层用于有机半导体层205。此外，在形成有机半导体层的多晶的情况下，可以使用具有多晶状态的有机半导体层形成有机半导体层205。
接着，在有机半导体层205上形成作为结晶性高的有机半导体层的有机半导体层的单晶206。因为预先淀积了有机半导体层205，所以可以选择性地、高效率地形成有机半导体层的单晶206，并且可以使结晶成长。从而可以将该单晶用作沟道形成区域，并且可以提高载流子迁移率。另外，将预先形成的有机半导体层205用作单晶的核。
另外，有机半导体层的单晶206可以使用诸如酞箐(H2Pc)、酞菁铜(CuPc)、酞菁氧钛(TiOPc)以及酞菁氧钒(VoPc)等的酞菁材料；诸如蒽、并四苯(tetracene)和并五苯等的并苯类材料；诸如六噻吩(sexithiophene；α-6T)和四噻吩(quarterthiophene；α-4T)等的噻吩低聚物材料；诸如富勒烯(C60)或二萘嵌苯等的其他材料，通过气相传输方法来形成。
如此，上层的有机半导体层的特征是与下层的有机半导体层相比其结晶性更高。结晶性高换言之意味着晶粒尺寸大。结晶性高的有机半导体层可以提高载流子迁移率，并且可以通过下层的有机半导体层接触于源极以及漏极或绝缘层来补充该有机半导体层和源极以及漏极或栅极绝缘体层的不充分的接触。
注意，在有机晶体管中，大部分载流子流动在有机半导体层的栅极绝缘体层一侧。因此，依据为补充不充分的接触而提供的有机半导体层205的厚度，有可能电阻低的单晶和载流子容易流过的距离变长，而使载流子不能高效率地流到单晶一侧。因此，有机半导体层205的厚度优选为2至10nm。
接着，在有机半导体层的单晶206上形成源极207、漏极208来完成有机晶体管209(图2B)。形成源极207和漏极208的材料除了无机导电物例如金、银、钨之外，还可以使用含有聚(乙烯二氧基噻吩)/聚(苯乙烯磺酸)混合物(PEDOT/PSS)等的有机导电物等。但是，本发明的源极和漏极的材料不局限于此。另外，源极207和漏极208可以通过将使用溅射装置或蒸发淀积装置等的淀积装置形成的导电层加工为所希望的形状来形成，或者也可以通过喷墨法等喷射含有导电物的液滴来形成。但是，本发明的源极以及漏极的形成方法不局限于此。
此外，在衬底201上包括复数个有机晶体管209的情况下，也可以通过同样的步骤形成有机半导体装置210(图2C)。
根据上述步骤制造的本发明的有机晶体管209由于预先淀积了有机半导体层205，所以可以选择性地形成有机半导体层的单晶206，之后可以使结晶成长。从而可以将该单晶用作沟道形成区域，并且可以提高载流子迁移率。
另外，如只有有机半导体层的单晶206则有可能使结晶在平行于衬底方向上相对于沟道面积不能充分地成长。在此情况下，形成于有机半导体层的单晶206下方的有机半导体层205接触于源极以及漏极或栅极绝缘体层而起到沟道作用，所以可以提高成品率。
此外，通过提供有机半导体层205，可以改善有机半导体层的单晶206和栅极绝缘体层203的紧密性。结果，可以降低有机晶体管209的截止电流。此外，通过提供有机半导体层205，可以改善有机半导体层的单晶206和源极207以及漏极208的接触。结果，可以降低载流子的注入屏障而增大导通电流，并且可以降低阈值电压的变化。在本实施方式中，对于底部栅极型有机晶体管进行了说明，但是本发明也可以适用于顶部栅极型有机晶体管。下面将参照图9B描述本发明的顶部栅极型有机晶体管918。首先，通过蒸发淀积法、喷墨法、印刷法、压印法等在衬底911上形成第一有机半导体层912。接着，通过OMBE方法、HWE方法、PVT方法等的气相传输法在第一有机半导体层912上形成第二有机半导体层913。接着，通过公知方法在第二有机半导体层913上形成源极914以及漏极915。然后，通过公知方法在源极914以及漏极915上中间夹栅极绝缘体层916形成栅极917。
实施方式3
参照图3至5描述本发明的有机半导体装置和其制造方法的一个例子。
在衬底301上形成栅极302。形成栅极302的方法，如上述实施方式那样，可以通过光刻法将淀积的导电层加工为所希望的形状，或者通过喷墨法等喷射含有导电物的液滴来形成。用于形成栅极302的材料，如上述实施方式那样，可以使用例如铝、铜、金、银等。此外，衬底301如上述实施方式那样，可以使用由玻璃、石英等形成的衬底，或者例如由塑料、聚碳酸酯等形成的柔性衬底。
接着，覆盖栅极302地形成栅极绝缘体层303。作为形成栅极绝缘体层303的方法，如上述实施方式那样，例如可以通过CVD方法等淀积诸如氧化硅或氮化硅的绝缘物，或者可以通过阳极氧化方法来氧化栅极的表面来形成栅极绝缘体层303。此外，可以使用浇铸方法、旋转方法、印刷方法、喷墨方法等通过涂敷例如聚酰亚胺、聚醯胺酸(polyamic acid)或聚乙烯苯酚等的有机物来形成栅极绝缘体层303。
接着，在栅极绝缘体层303上形成源极304、漏极以及发光元件的阳极305来制作有机半导体装置形成区域306(图3)。源极304、漏极305的材料，如上述实施方式那样，除了无机导电物例如金、银、钨之外，还可以使用含有聚(乙烯二氧基噻吩)/聚(苯乙烯磺酸)混合物(PEDOT/PSS)等的有机导电物等。此外，发光元件的阳极305的材料也除了无机导电物例如金、银、钨之外，还可以使用含有聚(乙烯二氧基噻吩)/聚(苯乙烯磺酸)混合物(PEDOT/PSS)等的有机导电物等。
另外，在使阳极具有透光性的情况下，可以将上述材料形成得非常薄，也可以使用透明导电材料的氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、氧化铟锌(IZO)、添镓的氧化锌(GZO)、含有氧化硅的氧化铟锡(ITSO)。注意，本发明的阳极材料不局限于这些。此外，这样的源极304、漏极以及发光元件的阳极305可以通过将使用溅射装置或蒸发淀积装置等的淀积装置形成的导电层加工为所希望的形状来形成，或者也可以通过喷墨法等喷射含有导电物的液滴来形成。但是，形成源极304、漏极以及发光元件的阳极305的方法不局限于这些形成方法。在本实施方式中，采用漏极兼用作阳极305的结构。
接着，如图4所示那样，在漏极以及发光元件的阳极305上形成空穴传输性有机半导体层307。空穴传输性有机半导体层307的形成方法可以使用例如蒸发淀积法、旋转涂敷法、印刷法或喷墨法等。但是，不局限于这些形成方法。
接着，在空穴传输性有机半导体层307上形成发光层、电子传输性有机半导体层308。空穴传输性有机半导体层307具有包含空穴传输性物质和对于该空穴传输性物质有电子受体性的物质的层。空穴传输性物质是空穴传输性高于电子传输性的物质。可以采用例如芳族胺化合物或酞菁系材料等的有机化合物，所述芳族胺化合物是比如4，4’-双[N-(1-萘基)-N-苯胺]联苯(缩写：α-NPD)、4，4’-双[N-(3-甲基苯基)-N-苯胺]联苯(缩写：TPD)、4，4’，4”-三(N，N-二苯胺)三苯胺(缩写：TDATA)、4，4’，4”-三[N-(3-甲基苯基)-N-苯胺]三苯胺(缩写：MTDATA)或者4，4’-双{N-[4-(N，N-二-m-甲苯基胺)苯基]-N-苯胺}联苯(缩写：DNTPD)等，所述酞菁系材料是比如酞菁(缩写：H2Pc)、酞菁铜(CuPc)或者酞菁氧钒(缩写：VOPc)等。对于空穴传输性物质有电子受体性的物质可以使用金属氧化物，例如钼氧化物、钒氧化物或铼氧化物等。
空穴传输性有机半导体层307的形成方法可以使用例如蒸发淀积法、旋转涂敷法、印刷法或喷墨法等。但是，空穴传输性层的材料或形成方法不局限于这些。
发光层可以使用这样一种层：发光物质分散于由具有比发光物质具有的能隙更大的能隙的物质来构成的层中。注意，发光物质是发光效率良好、可以发射所希望的发光波长的光的物质。注意，能隙是在LUMO能级和HOMO能级之间的能隙。
为了获得红色发光，可以将下面的物质应用到发光层：4-二氰亚甲基-2-异丙基-6-[2-(1，1，7，7-四甲基久洛尼定-9-某基)乙烯基]4H-吡喃(缩写：DCJTI)、4-二氰亚甲基-2-甲基-6-[2-(1，1，7，7-四甲基久洛尼定-9-某基)乙烯基]4H-吡喃(缩写：DCJT)、4-二氰亚甲基-2-特-丁基-6-[2-(1，1，7，7-四甲基久洛尼定-9-某基)乙烯基]4H-吡喃(缩写：DCJTB)、吡啶醇(periflanthene)、2-5-二氰-1，4-双[2-(10-甲氧基-1，1，7，7-四甲基久洛尼定-9-某基)乙烯基]苯、双[2，3-二(4-氟苯基)喹喔啉]铱(乙酰丙酮化)(缩写：Ir[Fdpq]2acac)等。然而，本发明不局限定于这些材料，还可以采用发光谱的峰值处于600至680nm(包括600nm和680nm)的发光物质。
为了获得绿色发光，可以将下面的物质应用到发光层：N，N’-二甲基喹吖啶酮(缩写：DMQd)、香豆素6、香豆素545T、三(8-喹啉)铝(缩写：Alq3)等。然而，本发明不限定于这些材料，还可以采用发光谱的峰值处于500至550nm(包括500nm和550nm)的发光物质。
为了获得蓝色发光，可以将下面的物质应用于发光层：9，10-双(2-萘基)-特-丁蒽(缩写：t-BuDNA)、9，9’-二蒽、9，10-联苯蒽(缩写：DPA)、9，10-双(2-萘基)蒽(缩写：DNA)、双(2-甲基-8-喹啉)-4-苯酚-镓(缩写：BGaq)、双(2-甲基-8-喹啉)-4-苯酚-铝(缩写：BAlq)等。然而，本发明不局限于这些材料，还可以采用发光谱的峰值处于420至500nm(包括420nm和500nm)的发光物质。
发光层的形成方法例如可以使用蒸发淀积法、旋转涂敷法、印刷法或喷墨法等。但是，发光层的材料或形成方法不局限于这些。
电子传输性有机半导体层308具有包含电子传输性物质和对于该电子传输性物质有电子给与性的物质的层。注意，电子传输性物质是电子传输性高于空穴传输性的物质。例如，除了可以采用金属络合物，比如三(8-喹啉)铝(缩写：Alq3)、三(4-甲基-8-喹啉)铝(缩写：Almq3)、双(10-羟苯基[h]-喹啉)铍(缩写：BeBq2)、双(2-甲基-8-喹啉)-4-苯基苯酚-铝(缩写：BAlq)、双[2-(2-羟苯基)苯并噁唑]锌(缩写：Zn(BOX)2)或者双[2-(2-羟苯基)苯并噻唑]锌(缩写：Zn(BTZ)2)以外，还可采用2-(4-联苯)-5-(4-特-正丁基苯基)-1，3，4-恶二唑(缩写：PBD)、1，3-双[5-(p-特-正丁基苯基)-1，3，4-恶二唑-2-某基]苯(缩写：OXD-7)、3-(4-特-正丁基苯基)-4-苯基-5-(4-联苯)-1，2，4-三唑(缩写：TAZ)、3-(4-特-正丁基苯基)-4-(4-乙烷基苯基)-5-(4-联苯)-1，2，4-三唑(缩写：p-EtTAZ)、红菲绕啉(bathophenanthroline)(缩写：BPhen)、浴铜灵(bathocuproin)(缩写：BCP)、4，4’-双(5-甲基-苯噁唑-2-某基)芪(缩写：BzOS)等。然而，电子传输性物质并不限定于这些材料。
电子传输性有机半导体层308的形成方法可以使用例如蒸发淀积法、旋转涂敷法、印刷法或喷墨法等。但是，电子传输性层的材料或形成方法不局限于这些。
接着，在电子传输性有机半导体层308上形成发光元件的阴极309。发光元件的阴极309的材料可以使用无机导电物，例如铝、镁或钙等。此外，在使阴极具有透光性的情况下，可以将上述材料形成得非常薄，也可以使用透明导电材料的氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、氧化铟锌(IZO)、添镓的氧化锌(GZO)、含有氧化硅的氧化铟锡(ITSO)。注意，本发明的阴极材料不局限于这些。
由发光元件的阳极305、空穴传输性有机半导体层307、发光层以及电子传输性有机半导体层308、发光元件的阴极309来构成的部分成为发光元件310。
接着，在有机半导体装置形成区域306中要形成沟道的区域上形成有机半导体层311。也就是说，在形成有机半导体层的单晶的区域上，选择性地形成有机半导体层311。因为提供了有机半导体层311，所以可以在其上高效率地形成有机半导体层的单晶，还可以在该区域使单晶成长。
有机半导体层311可以使用起到沟道作用的材料来形成，具体来说，可以从上述实施方式所示的材料中选择。这样的有机半导体层311形成为2至10hm(包括2nm和10nm)的厚度。有机半导体层311的形成方法可以使用例如蒸发淀积法、旋转涂敷法、印刷法或压印法等。然而，本发明的有机半导体层311的形成方法不局限于这些。
若是使用具有与之后要形成的有机半导体层的单晶相同程度的结晶状态的有机半导体层来形成有机半导体层311，则可以产生本发明的效果。例如，在作为之后形成的有机半导体层使用有机半导体层的单晶的情况下，可以将结晶性高诸如单晶状态或多晶状态等的有机半导体层用于有机半导体层311。此外，在形成有机半导体层的多晶的情况下，可以使用具有多晶状态的有机半导体层形成有机半导体层311。
接着，在有机半导体层311上形成作为结晶性高的有机半导体层的有机半导体层的单晶312，以完成有机晶体管313。有机半导体层的单晶312的形成方法，如上述实施方式那样，例如可以使用诸如酞箐(H2Pc)、酞菁铜(CuPc)、酞菁氧钛(TiOPc)以及酞菁氧钒(VoPc)等的酞菁类材料；诸如蒽、并四苯(tetracene)和并五苯等的并苯类材料；诸如六噻吩(sexithiophene；α-6T)和四噻吩(quarterthiophene；α-4T)等的噻吩低聚物材料；诸如富勒烯(C60)或二萘嵌苯等的其他材料，通过气相传输方法来形成。此外，在本发明中，由于预先形成了有机半导体层311，所以可以选择性地、高效率地形成有机半导体层的单晶312，并可以使结晶成长。
由这样的发光元件310以及有机晶体管313来构成有机半导体装置314。
此外，在衬底301上有复数个有机半导体装置314的情况下，可以通过同样的步骤形成显示装置315(图5)。
根据上述步骤制作的本发明的有机半导体装置314因为预先形成了有机半导体层311，所以可以选择性地形成有机半导体层的单晶312，然后使结晶成长。还可以将该单晶用作沟道形成区域，从而可以提高载流子迁移率。
另外，如只有有机半导体层的单晶312则有可能使结晶在与衬底平行的方向上相对于沟道面积不能充分地成长。在此情况下，由于形成于有机半导体层的单晶312下方的有机半导体层311起到沟道作用，所以可以提高成品率。
此外，通过提供有机半导体层311，可以改善有机半导体层的单晶312和栅极绝缘体层303的紧密性。结果，可以降低有机晶体管313的截止电流。此外，通过提供有机半导体层311，可以改善有机半导体层的单晶312和源极304以及漏极305的接触。结果，可以降低载流子的注入屏障而增大导通电流，并且可以降低阈值电压的变化。本实施方式可以与上述实施方式自由地组合。
实施方式4
本发明的有机晶体管可以安装到如下所示的电子器具：电视装置(也简称为电视或者电视接收机)、摄像设备(数码相机、数码摄像机等)、便携式电话装置(也简称为便携式电话机或者手机)、PDA等的便携式信息终端、便携式游戏机、计算机监视器、计算机、汽车音响等的音频放音装置、家用游戏机等的包括记录介质的图像再现装置等。本发明的有机晶体管特别适用作像素部分的开关晶体管。下面参照图8A到8D说明这些电子器具的具体例子。
图8A所示的便携式电话机包括主体9101、显示部分9102等。作为显示部分9102的开关晶体管，可以安装本发明的有机晶体管。结果，安装具有高载流子迁移率的有机晶体管，可以提供通过低温度步骤来制造的便携式电话机。
图8B所示的便携式计算机包括主体9401、显示部分9402等。作为显示部分9402的开关晶体管，可以安装本发明的有机晶体管。结果，安装具有高载流子迁移率的有机晶体管，可以提供通过低温度步骤来制造的便携式计算机。
图8C所示的电视机包括主体9501、显示部分9502等。作为显示部分9502的开关晶体管，可以安装本发明的有机晶体管。结果，安装具有高载流子迁移率的有机晶体管，可以提供通过低温度步骤来制造的电视机。
图8D所示的卡包括支撑体9541、显示部分9542以及组合到支撑体9541内的存储器等的集成电路芯片9543等。作为显示部分9542的开关晶体管，可以安装本发明的有机晶体管。结果，安装具有高载流子迁移率的有机晶体管，可以提供通过低温度步骤来制造的卡。
本发明可以将载流子迁移率高的有机晶体管适用于电子器具的像素部分的开关晶体管。从而，可以实现电子器具的低耗电量化和低成本化。本实施方式可以与上述实施方式自由地组合。
实施例
在本实施例中，对于通过实施本发明而可以得到良好的晶体管特性进行说明。
在石英衬底101上通过溅射法形成100nm厚度的钨。然后，通过光刻法加工该钨来形成栅极102。通过CVD法在栅极102上形成SiON的栅极绝缘体层103。
通过溅射法在栅极绝缘体层103上形成100nm厚度的钨，使用光刻法加工来形成源极104、漏极105。源极、漏极的沟道长度是5μm，沟道宽度是8mm。
通过蒸发淀积法在栅极绝缘体层103、源极104以及漏极105上形成2.5nm厚的并五苯作为有机半导体层107。
接着，通过气相传输法在有机半导体层107上形成有机半导体层的单晶108。在本实施例中，使用气相传输法形成并五苯的单晶。因为有机半导体具有即使仅仅混入几ppm的杂质，也会受到严重影响的特性，所以要使有机半导体层的单晶成长其提纯程度必须足够。当对有机化合物提纯时，最关键的是利用各个化合物和杂质的化学特性的差异而进行最合适的提纯。在本实施例中，作为单晶的并五苯使用通过升华提纯法提纯6次或更多次的并五苯。作为最终的杂质混入基准，有机半导体层的纯度优选为99.9％或更多。
使用该样品对并五苯进行根据气相传输法的单晶成长。气相传输法是如下方法；使载运气体慢慢地流到具有温度梯度的玻璃管中，用载运气体输运在高温度部分升华了的样品而使结晶成长。在本实施例中，使作为载运气体的Ar以10ml/min流到真空排气了的玻璃管内，并使玻璃管内的真空度大致为25Pa，然后将作为样品的并五苯加热到220℃。升华的并五苯由Ar的载运气体输运，从而可以在有机半导体层107的并五苯上，选择性地形成单晶。
图6A和6B示出有机晶体管109的状态。在图6A中，虚线的左边是有机半导体层107的并五苯未淀积的区域，虚线的右边是有机半导体层107的并五苯淀积为2.5nm厚的区域。图6B示出淀积有机半导体层的单晶108的状态。可以看到在有机半导体层107的并五苯未淀积的区域中，有机半导体层的单晶108未淀积，但是，在淀积了有机半导体层107的并五苯的区域中，淀积有有机半导体层的单晶108。还可以看到通过提供有机半导体层107的并五苯，有机半导体层的单晶108被高效率地、选择性地淀积。
因此，为了获得质量好的有机半导体层的单晶，通过调整条件例如选择合适的载运气体、控制流量、调整玻璃管的温度梯度的分布、控制过饱和度(平衡蒸气压和实际上的蒸气压的差异程度)等，而可以高效地获得尺寸更大、更加优质的单晶。如上所述，在有机半导体层107的并五苯上形成有机半导体层的单晶108，来制造有机晶体管109。
在室温的真空中，对有机晶体管109进行了测量。将有机晶体管109安装在低温恒温器内，在使用螺旋泵排气到1.0×100Pa或更低后进行测量。图7示出测出的Id-Vg特性。这是将漏极电压固定为-10V，并施加-30至30V(包括-30V和30V)的栅极电压而测出的结果。
根据本发明，通过插入并五苯的有机半导体层，改善了栅极绝缘体层和并五苯的单晶的紧密性，并且将截止电流降低到了10-11A。另外，改善源极、漏极和并五苯的单晶的接触的结果是可以降低载流子的注入屏障，增大导通电流，降低阈值电压的变化。此外，通过在要形成单晶的面上预先形成并五苯的有机半导体层107，可以防止只有并五苯的单晶108而形成不完善的沟道，并五苯的有机半导体层107起到补充沟道未形成部分的沟道作用，从而可以以高成品率获得有机晶体管109。并且，可以选择性地使并五苯的单晶成长，以降低有机半导体材料(并五苯)的浪费。
本说明书根据2005年3月24日在日本专利局受理的日本专利申请编号2005-087133而制作，所述申请内容包括在本说明书中。

Claims (36)

1.一种半导体装置，包括：
栅极；
中间夹着栅极绝缘体层与所述栅极相邻的第一有机半导体层；以及
与所述第一有机半导体层相邻的第二有机半导体层，
其中，所述第二有机半导体层的结晶性比所述第一有机半导体层的结晶性更高，并且
所述第二有机半导体层的载流子迁移率比所述第一有机半导体层的载流子迁移率更高。
2.一种半导体装置，包括：
栅极；
中间夹着栅极绝缘体层与所述栅极相邻的第一有机半导体层；以及
与所述第一有机半导体层相邻的第二有机半导体层，
其中，所述第一有机半导体层是多晶或非晶的，
所述第二有机半导体层是单晶的，并且
所述第二有机半导体层的载流子迁移率比所述第一有机半导体层的载流子迁移率更高。
3.一种半导体装置，包括：
栅极；
中间夹着栅极绝缘体层与所述栅极相邻的第一有机半导体层；以及
与所述第一有机半导体层相邻的第二有机半导体层，
其中，所述第一有机半导体层是非晶的，
所述第二有机半导体层是多晶的，并且
所述第二有机半导体层的载流子迁移率比所述第一有机半导体层的载流子迁移率更高。
4.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述第一有机半导体层的膜厚度为2至10nm。
5.根据权利要求2所述的半导体装置，其中所述第一有机半导体层的膜厚度为2至10nm。
6.根据权利要求3所述的半导体装置，其中所述第一有机半导体层的膜厚度为2至10nm。
7.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述第一有机半导体层和所述第二有机半导体层由同一材料形成。
8.根据权利要求2所述的半导体装置，其中所述第一有机半导体层和所述第二有机半导体层由同一材料形成。
9.根据权利要求3所述的半导体装置，其中所述第一有机半导体层和所述第二有机半导体层由同一材料形成。
10.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述第一有机半导体层和第二有机半导体层都含有选自并苯类材料、噻吩低聚物类材料、富勒烯、二苯嵌苯和芳族胺化合物中的材料。
11.根据权利要求2所述的半导体装置，其中所述第一有机半导体层和第二有机半导体层都含有选自并苯类材料、噻吩低聚物类材料、富勒烯、二苯嵌苯和芳族胺化合物中的材料。
12.根据权利要求3所述的半导体装置，其中所述第一有机半导体层和第二有机半导体层都含有选自并苯类材料、噻吩低聚物类材料、富勒烯、二苯嵌苯和芳族胺化合物中的材料。
13.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述半导体装置安装于选自电视装置、摄像设备、手机、PDA、便携式游戏机、计算机、音频放音装置和卡中的电子器具。
14.根据权利要求2所述的半导体装置，其中所述半导体装置安装于选自电视装置、摄像设备、手机、PDA、便携式游戏机、计算机、音频放音装置和卡中的电子器具。
15.根据权利要求3所述的半导体装置，其中所述半导体装置安装于选自电视装置、摄像设备、手机、PDA、便携式游戏机、计算机、音频放音装置和卡中的电子器具。
16.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述半导体装置安装于计算机监视器。
17.根据权利要求2所述的半导体装置，其中所述半导体装置安装于计算机监视器。
18.根据权利要求3所述的半导体装置，其中所述半导体装置安装于计算机监视器。
19.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述第一有机半导体层形成于所述栅极绝缘体层上，并且所述第二有机半导体层形成于所述第一有机半导体层上。
20.根据权利要求2所述的半导体装置，其中所述第一有机半导体层形成于所述栅极绝缘体层上，并且所述第二有机半导体层形成于所述第一有机半导体层上。
21.根据权利要求3所述的半导体装置，其中所述第一有机半导体层形成于所述栅极绝缘体层上，并且所述第二有机半导体层形成于所述第一有机半导体层上。
22.一种半导体装置的制造方法，包括以下步骤：
在衬底上形成栅极和栅极绝缘体层；
中间夹着所述栅极绝缘体层与所述栅极相邻地形成第一有机半导体层；以及
与所述第一有机半导体层相邻地形成第二有机半导体层，
其中，所述第二有机半导体层被形成为其结晶性比所述第一有机半导体层的结晶性更高，并且
所述第二有机半导体层的载流子迁移率比所述第一有机半导体层的载流子迁移率更高。
23.一种半导体装置的制造方法，包括以下步骤：
在衬底上形成栅极和栅极绝缘体层；
中间夹着所述栅极绝缘体层与所述栅极相邻地形成第一有机半导体层；以及
与所述第一有机半导体层相邻地形成第二有机半导体层，
其中，所述第一有机半导体层是多晶的或非晶的，
所述第二有机半导体层是单晶的，并且
所述第二有机半导体层的载流子迁移率比所述第一有机半导体层的载流子迁移率更高。
24.一种半导体装置的制造方法，包括以下步骤：
在衬底上形成栅极和栅极绝缘体层；
中间夹着所述栅极绝缘体层与所述栅极相邻地形成第一有机半导体层；以及
与所述第一有机半导体层相邻地形成第二有机半导体层，
其中，所述第一有机半导体层是非晶的，
所述第二有机半导体层是多晶的，并且
所述第二有机半导体层的载流子迁移率比所述第一有机半导体层的载流子迁移率更高。
25.根据权利要求22所述的半导体装置的制造方法，其中所述第一有机半导体层使用蒸发淀积法、喷墨法、印刷法或压印法来制造。
26.根据权利要求23所述的半导体装置的制造方法，其中所述第一有机半导体层使用蒸发淀积法、喷墨法、印刷法或压印法来制造。
27.根据权利要求24所述的半导体装置的制造方法，其中所述第一有机半导体层使用蒸发淀积法、喷墨法、印刷法或压印法来制造。
28.根据权利要求22所述的半导体装置的制造方法，其中所述第二有机半导体层使用气相传输法来制造。
29.根据权利要求23所述的半导体装置的制造方法，其中所述第二有机半导体层使用气相传输法来制造。
30.根据权利要求24所述的半导体装置的制造方法，其中所述第二有机半导体层使用气相传输法来制造。
31.根据权利要求22所述的半导体装置的制造方法，其中所述第一有机半导体层和所述第二有机半导体层由同一材料来形成。
32.根据权利要求23所述的半导体装置的制造方法，其中所述第一有机半导体层和所述第二有机半导体层由同一材料来形成。
33.根据权利要求24所述的半导体装置的制造方法，其中所述第一有机半导体层和所述第二有机半导体层由同一材料来形成。
34.根据权利要求22所述的半导体装置的制造方法，其中所述第一有机半导体层形成于所述栅极绝缘体层上，并且所述第二有机半导体层形成于所述第一有机半导体层上。
35.根据权利要求23所述的半导体装置的制造方法，其中所述第一有机半导体层形成于所述栅极绝缘体层上，并且所述第二有机半导体层形成于所述第一有机半导体层上。
36.根据权利要求24所述的半导体装置的制造方法，其中所述第一有机半导体层形成于所述栅极绝缘体层上，并且所述第二有机半导体层形成于所述第一有机半导体层上。
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Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070158647A1 (en) * 2005-11-10 2007-07-12 Chunghwa Picture Tubes, Ltd. Junction structure of organic semiconductor device, organic thin film transistor and fabricating method thereof
US8138075B1 (en) 2006-02-06 2012-03-20 Eberlein Dietmar C Systems and methods for the manufacture of flat panel devices
KR101240657B1 (ko) * 2006-04-28 2013-03-08 삼성디스플레이 주식회사 표시장치와 그 제조방법
US7781801B2 (en) * 2006-09-25 2010-08-24 Alcatel-Lucent Usa Inc. Field-effect transistors whose gate electrodes are over semiconductor heterostructures and parts of source and drain electrodes
US7768000B2 (en) 2006-09-29 2010-08-03 Samsung Electronics Co., Ltd. Thin film transistor array panel and manufacturing method thereof
US20080134961A1 (en) * 2006-11-03 2008-06-12 Zhenan Bao Single-crystal organic semiconductor materials and approaches therefor
JP5084236B2 (ja) * 2006-11-30 2012-11-28 東京エレクトロン株式会社 デバイス製造装置およびデバイス製造方法
US8129714B2 (en) * 2007-02-16 2012-03-06 Idemitsu Kosan Co., Ltd. Semiconductor, semiconductor device, complementary transistor circuit device
GB2450381B (en) * 2007-06-22 2009-11-11 Cambridge Display Tech Ltd Organic thin film transistors
KR101270172B1 (ko) 2007-08-29 2013-05-31 삼성전자주식회사 산화물 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법
JP2009081265A (ja) * 2007-09-26 2009-04-16 Idemitsu Kosan Co Ltd 有機薄膜トランジスタ
KR20100057074A (ko) * 2007-09-26 2010-05-28 이데미쓰 고산 가부시키가이샤 유기 박막 트랜지스터
JP5180723B2 (ja) * 2008-07-30 2013-04-10 出光興産株式会社 有機薄膜トランジスタ
WO2009084078A1 (ja) * 2007-12-27 2009-07-09 Pioneer Corporation 有機半導体素子、有機太陽電池及び表示パネル
EP2226846A4 (en) * 2007-12-27 2013-02-20 Sony Corp THIN-FILM SEMICONDUCTOR DEVICE AND FIELD EFFECT TRANSISTOR
JP5636626B2 (ja) * 2007-12-27 2014-12-10 ソニー株式会社 半導体薄膜の形成方法および薄膜半導体装置の製造方法
FR2934716B1 (fr) * 2008-07-31 2010-09-10 Commissariat Energie Atomique Diode electroluminescente en materiau semiconducteur et son procede de fabrication
KR101638978B1 (ko) 2009-07-24 2016-07-13 삼성전자주식회사 박막 트랜지스터 및 그 제조방법
TW201117446A (en) * 2009-11-12 2011-05-16 Nat Univ Tsing Hua Method for forming organic layer of electronic device by contact printing
JP5651961B2 (ja) * 2010-02-03 2015-01-14 ソニー株式会社 薄膜トランジスタおよびその製造方法、ならびに電子機器
JP2012038924A (ja) * 2010-08-06 2012-02-23 Sony Corp 半導体装置、表示装置、および電子機器
CN102560632B (zh) * 2010-12-21 2016-06-29 长春富乐玻显示技术有限公司 用于非平面酞菁薄膜弱外延生长的固熔体诱导层
CN102723439A (zh) * 2011-03-29 2012-10-10 中国科学院微电子研究所 基于有机场效应晶体管的存储单元、存储器及其制备方法
JP6675193B2 (ja) * 2011-03-31 2020-04-01 ユー・ディー・シー アイルランド リミテッド 有機電界発光素子のホスト材料、有機電界発光素子、発光装置、表示装置、及び照明装置
CN102779942B (zh) * 2011-05-24 2015-11-25 京东方科技集团股份有限公司 一种有机薄膜晶体管阵列基板及其制作方法
JP2013080896A (ja) * 2011-09-22 2013-05-02 Sumitomo Chemical Co Ltd 複合基板の製造方法および複合基板
KR20130066247A (ko) * 2011-12-12 2013-06-20 삼성디스플레이 주식회사 박막 트랜지스터 표시판 및 그 제조 방법
TWI493765B (zh) * 2012-08-07 2015-07-21 E Ink Holdings Inc 有機半導體元件及其製作方法
WO2014102625A1 (en) * 2012-12-24 2014-07-03 Indian Institute Of Technology Kanpur Thin film transistor with a current-induced channel
JP5990121B2 (ja) 2013-03-19 2016-09-07 富士フイルム株式会社 有機半導体素子の製造方法
JP6116018B2 (ja) * 2015-01-29 2017-04-19 国立大学法人 東京大学 有機半導体素子
CN104849336B (zh) * 2015-04-22 2018-01-19 电子科技大学 有机场效应晶体管气体传感器及其制备方法
KR102106732B1 (ko) * 2019-06-17 2020-05-06 연세대학교 산학협력단 유기 트랜지스터, 유기 커패시터, 유기 전자 소자의 제조 방법 및 유기 트랜지스터의 제조 방법

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2813428B2 (ja) * 1989-08-17 1998-10-22 三菱電機株式会社 電界効果トランジスタ及び該電界効果トランジスタを用いた液晶表示装置
US5315129A (en) * 1990-08-20 1994-05-24 University Of Southern California Organic optoelectronic devices and methods
TW222345B (en) * 1992-02-25 1994-04-11 Semicondustor Energy Res Co Ltd Semiconductor and its manufacturing method
TW293172B (zh) * 1994-12-09 1996-12-11 At & T Corp
US6278127B1 (en) * 1994-12-09 2001-08-21 Agere Systems Guardian Corp. Article comprising an organic thin film transistor adapted for biasing to form a N-type or a P-type transistor
JP3334772B2 (ja) 1995-02-20 2002-10-15 日野自動車株式会社 車両用シートの固定装置
US5946551A (en) * 1997-03-25 1999-08-31 Dimitrakopoulos; Christos Dimitrios Fabrication of thin film effect transistor comprising an organic semiconductor and chemical solution deposited metal oxide gate dielectric
JP2001094107A (ja) 1999-09-20 2001-04-06 Hitachi Ltd 有機半導体装置及び液晶表示装置
KR100477394B1 (ko) 2000-11-01 2005-03-17 인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션 저 동작 전압을 요하는 유기-무기 하이브리드 반도체를갖춘 박막 전계 효과 트랜지스터
JP4841751B2 (ja) * 2001-06-01 2011-12-21 株式会社半導体エネルギー研究所 有機半導体装置及びその作製方法
JP4136482B2 (ja) * 2002-06-20 2008-08-20 キヤノン株式会社 有機半導体素子、その製造方法および有機半導体装置
JP2004165427A (ja) * 2002-11-13 2004-06-10 Konica Minolta Holdings Inc 有機薄膜トランジスタ素子
KR20040054410A (ko) * 2002-12-18 2004-06-25 엘지.필립스 엘시디 주식회사 유기 전계 발광 표시소자 및 그 제조방법
CN1282259C (zh) * 2003-03-03 2006-10-25 中国科学院长春应用化学研究所 含有保护层的有机半导体场效应晶体管及制作方法
WO2006016669A1 (en) 2004-08-13 2006-02-16 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for manufacturing semiconductor device
EP1684365A3 (en) * 2005-01-20 2008-08-13 Fuji Electric Holdings Co., Ltd. Transistor

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP特开2003-255857A 2003.09.10

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Publication number Publication date
JP2006303459A (ja) 2006-11-02
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